JPS6040670A - 鞍形溶接における当板外周溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は大径管の母管と小径管のノズルとを軸直角に交
差させ、その交差部分に形成される３次元の相貫曲線に
沿った鞍形溶接線を溶接した後、この接合部分を補強す
るため添設した当板をさらに溶接（以下鞍形溶接と称す
）する溶接方法に関し、特に当板の外周端面を自動溶接
する場合の多層余盛り溶接を精度良く行な１）せる当板
外周溶接方法を提供するものである。

前記鞍形溶接を行なう場合、当板の外周端面はノズルの
中心軸方向にレベル差（高低差）が存しているのと、円
筒面の母管に対し銘々直交差するように端面を形成して
いることによって、溶接ト−チで外周端面を一様に溶接
仕上げしようとすると、トーチ軸の傾斜角度を前記端面
に対し一定の角度が保たれるように制御する必要かあり
、さらに、この部分の溶接は多層余盛り溶接であって外
周端面寄りでの溶接反転位置が近過ぎるとアンダカット
を生じ、遠過ぎると溶接強度が低下するので確実な位置
制御を行なう必要があり、このように可成り複雑でかつ
高度の制御を行なわねばならないので、従来はこれに適
応し得る自動溶接装置がないために専ら熟練技術者によ
る手溶接に依存しており、生産性ならびに加工コストの
面で問題があった。

かかる実状に鑑みて本発明は成されたものであって、そ
の目的とするところは、前記当板の外周端面に対する溶
接トーチの角度一定保持と、多層余盛り溶接の溶接反転
位置確定とについての制御手段を実現せしめてなること
により、この種の溶接の自動化の推進ならびに溶接精度
の向」二安定化を果さしめる点に存する。

しかして本発明は、特に段形溶接について溶接１・−チ
を、前記ノズルの中心軸に対し成す傾斜角度（θ）と、
この中心軸に直角の方向に移動するＸ軸とについて制御
することにより、前記外周端面に対する１−−チ軸の角
度と距離とを一定に保持しながら多層余盛り溶接を行な
うに際して、第２層日以降の溶接ビードが第１層目の溶
接ヒートとの間に存するノズル中心軸方向の変位（Δ２
）を測定すると共に、この測定値（Δ２）と、溶接１−
−チが指向する外周端面がノズルの中心軸に対する傾き
角ψ）の正接三角函数（ｈ１１β）との積算を行なって
、この積算値（２）に相当する長さだけ第１層目の外周
端面寄りに設定している溶接反転位置に比して、ノズル
からＸ軸方向に遠去かってなる位置を、第２層目以降の
溶接ヒートにおける外周端面寄りの溶接反転位置に設定
して、前記溶接１・−チをこの溶接反転位置で反転せし
める溶接方法を特徴とするものであって、外周端面に対
する距離、角度を一定に保持しながら溶接反転位置につ
いても外周端面との距離を一定に保持する自動制御が可
能となり、ここニ所期の目的を達成し得るに至つｔコも
のである。

以下、本発明の実施例を添伺図面によって説明する。

第１図は本発明方法の実施に係る溶接ロボットと溶接対
象のワークとを略示した図であるが、ワークは大径管の
母管（１）と小径管のノズル（２）とを軸直角に交差さ
せて接合したもので、母管（１）からノズル（２）が直
交して分岐された構造をなし、前記交差部分に形成され
る相貫曲線に沿った鞍形溶接線（３）を前記溶接ロボッ
トによって自動溶接して一体化されるものである。

」二記ワークはさらに接合部分を補強するために、ノズ
ル（２）の周りの母管（１）表面に当板（４）を添設せ
しめているが、該当板（４）は鞍形溶接線（３）に対し
合同形をなす内周端面（５）及び相似形をなす外周端面
（６）を同心に有して前記母管（１）の表面に添接し得
る形の曲面輪状を成していて、第１図の配置状態での鳥
観した形状はノズルと同心な円環となり、前記内周端面
（５）とノズル（２）周面との間及び前記外周端面（６
）と母管（１）局面との間を夫々溶接せしめる。

前記溶接ロボットはノズル（２）の中心軸を略々中心と
してその周りに公回転させるＲｏ軸と、ノズル（２）の
中心軸に平行に昇降動させる２軸と、該２軸に直交して
ノズル（２）の周面に対し接離し得る水平方向に直線動
させるＸ軸との３軸を有する本体の先端部に溶接Ｉ・−
チ（７）を備えていて、さらにこの溶接トーチ（７）の
トーチ軸をノズル（２）の中心軸に対しなす傾斜角度（
のが変えられるように俯仰方向の揺動可能となしたＳ軸
を先端部に有している。

この溶接ロボットによって鞍形溶接線（３）、当板（４
）の内周端面（５）及び外周端面（６）を溶接する場合
には、ＲＯ軸、ｚ軸、Ｘ軸及びＳ軸を操作して溶接１−
−チ（７）を各溶接線に正しく指向せしめて自動的。

連続的に溶接を行なわせることが可能であるが、特に前
記外周端面（６）に添う溶接は前述した如く該端面が母
管（１）の局面に直交差していることから、溶接１−−
チ（７）の傾斜角度（のけ移動に応じて時々刻々変更す
る必要がある。

そこで、当板（４）の外周端面の位置で溶接トーチ（７
）が指向している個所よりも僅かに前方となる位置に、
倣いスタイラス（８）を当接しながらＸ軸については倣
い制御、ｚＩＩＩｌｌＩは鞍形の計算制御を行ない、Ｒ
，軸については単位回転角度毎に位置テークを記憶部に
記憶せしめて、溶接時にはその位置テークを各動作軸に
ついて出力するようにする。

この教示再生に合わせて溶接トーチ（７）の傾斜角度（
のを制御することが必要であるが、外周端面（６）のう
ち頂点部（イ）に対して設定した傾斜角度（θｏＸ第２
図参照）と、母管（１）の半径＠）と、ノズル（２）の
中心からその中心ｉ１１＋に直交する方向に外周端面（
６）に至る距離（Ｌ）とは、予じめ決まっている不変値
であるので、これを制御装置の記憶部に基票値として読
み出し可能に夫々記憶せしめる一方、几０軸の回転角度
、すなわち、溶接！・−チ（７）が前記頂点部（イ）を
基点としてノズル（２）の中心軸まイつりに公回転する
回転角度（ω）（第４図参照）を適宜の回転角検出器に
より検出せしめて、この検出値ωと各記憶値００、Ｒ，
Ｌとから溶接トーチ（７）の傾斜角度（θ）を決定して
制御せしめる。

第３図において、頂点部（イ）以外の任意の位置の外周
端面（６）について考えると、該端面ば母管（１ンの局
面に直交しているので、この延長線は当然母管（１）の
中心（０）に交わるものである。

そこでノズル（２）の中心軸（この中心軸は母管（１）
の中心（０）を通っている）と前記端面（６）と母管（
１）の中心（０）とを結ぶ線とが成す角ψ）すなわち外
周端面（６）が前記中心軸に対する傾き角ψ）だけ頂点
部（イ）から離れた溶接個所（ハ）の外周端面（６）に
指向している溶接１−−チ（７）の傾斜角度（のは第３
図から明らかなように　０−Ｏｏ＋β　・・・（１） となる。

上記溶接個所ぐ勺が頂点部（イ）に対してノズル（２）
中心軸方向の高低レベル差を２とすると、ｃｏｓβ−」
二が仁　・・・（２） ■ の式が成立する。

一方、２については、第３図及び第４図から明らかなよ
うに ２＝几−ＪＲ２−Ｌ２５ｉｎ２　（ＩＪ　−（３）とな
る。

（１）　、　（２）両式より Ｊ（ が得られる。

従って（１）、（４）両式から 几 となる。

そこで、溶接トーチ（７）のトーチ軸の傾斜角度（のを
式（５）が成立するように順次制御することによって、
溶接１〜−チ（７）のトーチ軸が当板（４）の外周端面
（６）に対しなす角度を常に一定に保持させることか可
能である。

しかして外周端面（６）に添った溶接は第５図に示すよ
うに多層余盛り溶接であって、各溶接層についてウィー
ビングさせる必要があるが、ウィービングさせるＸ軸の
位置については、初めの第１層目の基準点となる溶接反
転位置（Ａ１）、すなわち、外周端面（６）寄りの反転
位置は、教示のため倣いスタイラス（８）で溶接前に倣
わせた際に記憶されている位置テークに基づけば良いの
で問題はない。

しかし乍ら、第２層目以降のウィービングの基準点とな
る同様の溶接反転位置（Ａ２　）（Ａ８　）・・・は、
第５図から明らかな如く、２輔、Ｘ軸方向のそれぞれに
関して位置が異なってくる。

このうちの２軸方向の変位は、アーク電流値が一定とな
るよう制御することで第１層目のヒートと平行に制御さ
れるので、第１層目に対する高さの変位（Δ２）はその
位置により知ることができる。

一方、Ｘ軸方向の変位（Ｘ）は、 ゴｚ−１ｎβ　・・・（６） から、 Ｘ−Δｚ×し０β　・・・（７） となるので、第２Ｒ目の前記反転位置（Ａ２）は、第１
層目に比べてｘｌ−ΔＺ＋Ｘ１ａｎβ　だけノズル（２
）の中心軸からＸ軸方向に遠去かった位置に設定すれば
よいことがわかる。

同様に第３層目の反転位置（八３）は、Ｘ２−ΔＺ　２
　Ｘ　ｆａｌｌβとなり、さらに遠い位置で反転させる
ようになる。

このように、第２層目以降の反転位置は、溶接ビードか
第１層目の溶接ビートとの間に存するノズル（２）中心
軸方向の変位（Δ２）と、溶接トーチ（７）が指向する
外周端面（６）かノズル（２）の中心軸に対する傾き角
ψ）の正接三角函数（＋、Ｉｎβ）との積算値（Ｘ）に
相当する長さだけ、第１層目の溶接反転位置（ＡＩ）に
比してノズル（２）からＸ軸方向に遠去かってなる位置
に設定されるものである。

かくして、変位（Δ２）と傾き角ψ）とあ２つの変数が
測定されると、余盛りの各層の溶接反転位置を正確に設
定できる。

なお、傾き角ψ）は前記（２）式から明らかであるが、
β−０゜、−１１士 凡 により、Ｒ，Ｚの値からめられる。

つづいて本発明の効果を挙げると、下記の通りである。

本溶接に先立つ教示の際に記憶した当板（４）の外周端
面（６）のＸ軸、２軸情報を基準として、多層余盛溶接
における第２層目以降の層の溶接ビードが、前記２軸情
報として記憶されてなる第１層溶接ビード反転位置（４
）との間に存するノズル（２）中心軸方向の変位（Δ２
）と、溶接トーチ（７）が指向する外周端面（６）がノ
ズル（２）中心軸に対する傾き角ｑＪ）との２つの値か
ら、余盛溶接の各層における外周端面（６）寄りの溶接
反転位置を正確にめて溶接ｌ・−ヂ（７）の位置制御が
可能であるので、従来人手によって行なっていたのと同
等の当板外周余盛溶接を自動的に処理することが可能で
あり、しかも溶接反転位置を当板の外周端面に対し適正
な距離に保持し得ることによって、アンターカットある
いは溶接強度の低下などの不都合が全く生じない高精度
の溶接が行なえる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に係る溶接ロホツ］・ならびにワ
ークの概要図、第２図は前記ワークの頂点部に添う縦断
面部分図、第３図は同じく頂点部以外の設定位置に添う
縦断面部分図、第４図は前記ワークの平面図、第５図は
第１図における当板部分の拡大図である。 （１）・・・母管、（２）・・・ノズル、（３）・・・
鞍形溶接線、　（４）・・・当板、（５）・・内周端面
、　（６）・外周端面、（７）・・・溶接トーチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １大径管の母管（１）と小径管のノズル（２）とを軸直
   角に交差させ、その交差部分に形成される相貫曲線に沿
   った鞍形溶接線（３）を溶接後、この鞍形溶接線（３）
   に対して合同形をなす内周端面（５）と相似形をなす外
   周端面（６）とを同心に有して前記母管（１）の表面に
   添接し得る当板（４）を、前記ノズル（２）周の母管（
   １）表面に添設させて、前記内周端面（５）及び前記外
   周端面（６）を溶接トーチ（７）によって自動溶接する
   鞍形溶接において、前記溶接トーチ（７）を、前記ノズ
   ル（２）の中心軸に対し成す傾斜角度（のと、この中心
   軸に直角の方向に移動するＸ軸とについて制御すること
   により、前記外周端面（６）に対する１・−チ軸の角度
   と距離とを一定に保持しながら多層余盛り溶接を行なう
   に際して、第２層目以降の溶接ビードが第１層目の溶接
   ビー１くとの間に存するノズル（２）中心軸方向の変位
   （Ａ２）を測定すると共に、この測定値（Ａ２）と、溶
   接トーチ（７）が指向する外周端面（６）がノズル（２
   ）中心軸に対する傾き角ψ）の正接三角函数（ｔ、１ｎ
   β）との積算を行なって、この積算値（Ｘ）に相当する
   長さだけ第１層目の外周端面（６）寄りに設定している
   溶接反転位置（Ａ１）に比して、ノズル（２）からＸ軸
   方向に遠去かってなる位置を、第２層目以降の溶接ヒー
   トにおける外周端面（６）寄りの溶接反転位置に設定し
   て、前記溶接トーチ（７）をこの溶接反転位置で反転せ
   しめることを特徴とする当板外周溶接方法。